Физические свойства

Физические свойства характеризуют физическое состояние материала, а также определяют его отношение к физическим процессам окружающей среды. При этом физические процессы в материале не изменяют строение его молекул. Обычно к таким свойствам относят истинную плотность (удельный вес), среднюю плотность (объемную массу), насыпную плотность (насыпная масса), пористость, пустотность, влажность, водопоглощение, водонасыщение, усадку, огнеупорность, огнестойкость, светостойкость.

Истинная плотность - масса вещества материала в единице объема (без пор и пустот). Истинную плотность r_и выражают отношением массы материала в сухом состоянии к объему материала в абсолютно плотном состоянии. Истинную плотность выражают в кг/м³. Для определения истинной плотности хрупких материалов, обладающих пористостью, их тонко размельчают, получая частицы размером менее 0, 25 мм. Истинная плотность основных дорожно-строительных материалов колеблется от 2500 до 3300 кг/м³.

Средняя плотность (объемная масса) - масса единицы объема материала в естественном состоянии (с порами, пустотами, микротрещинами и т.д.). Средняя плотность строительных материалов меньше истинной плотности. Чем меньше пористость материала, тем ближе значение средней плотности к истинной плотности.

Насыпная плотность (насыпная масса) - масса единицы объема материала в рыхлом состоянии, Насыпная плотность включает, кроме пор, пустот и трещин в зернах материала, пустоты между зернами. Чем больше средняя плотность материала, тем меньше его пористость и лучше он проводит тепло, звук и т.д.

Таблица 6.1.1

Плотность строительных материалов

Пористость характеризует количество пор и микротрещин в единице объема материала

(6.1.1)

где r_с - средняя плотность материала, кг/м³;

r_и - истинная плотность материала, кг/м³.

Пористость в значительной мере обуславливает физические, механические и другие свойства материалов. Чем больше пористость, тем меньше прочность и теплопроводность, больше водо- и газопроницаемость. Опытный инженер по пористости ориентировочно может определить многие свойства материалов.

Пустотность - характеризует объем пустот между зернами рыхлого материала

V_пуст = (1 - r_н / r_и)·100, (6.1.2)

где r_н - насыпная плотность материала, кг/м³;

Влажность - содержание воды в единице объема или массы в процентах:

W_о = (m_в - m_c)/ V ·100 или W_m =(m_в - m_c)/ m_в ·100, (6.1.3)

где m_в и m_c - масса влажного и сухого образца материала, г;

V - объем материала, см³.

Природная влажность материала зависит от его гигроскопичности, т.е. способности материала поглощать водяной пар из влажного воздуха за счет адсорбации пара на внутренней поверхности пор и капилляров. Чем больше внутренняя поверхность материала, тем больше гигроскопичность, а следовательно, и природная влажность. Для древесины она - 12...18 %, для стеновых каменных материалов - 4...7% по массе.

Водопоглощение - количество воды, которое может поглотить погруженный в воду материал, а затем удержать его молекулярными и капиллярными силами при атмосферном давлении.

Средняя плотность (объемная масса) материала одного и того же состава зависит от влажности и пористости материала (рис. 6.1.1). С увеличением пористости, а следовательно и влажности, средняя плотность увеличивается.

Водонасыщение определяется количеством воды, которое может поглотить материал при вакууме или повышенном давлении. В этом случае из открытых пор вытесняется воздух, вследствие чего материал насыщается водой больше, чем при атмосферном давлении. Водопоглощение и водонасыщение изменяются в пределах: у гранита от 0, 02 до 0, 7, у асфальтобетона - от 2 до 5, у кирпича - от 8 до 15 %.

Рис. 6.1.1. Зависимость средней плотности известняков r_ср от их водопоглощения W

Усадка - изменение размеров материала при его высыхании.

Набухание - увеличение объема материала при насыщении его водой.

Многократное высыхание и увлажнение материала ускоряет его разрушение.

Водонепроницаемость - способность материала не пропускать воду. Водонепроницаемость тесно связана с естественной влажностью материала, водопоглощением и водонасыщением.

Теплопроводность - способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникший вследствие разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Коэффициент теплопроводности колеблется от 0, 06 (минеральная вата) до 58 (сталь), для кирпича он равен 0, 82, для бетона - 1, 28...1, 55, для гранита - 2, 92.